城市多跨景觀橋拱圈快速施工技術

夏敦寧

南京市公共工程建設中心 江蘇 南京 210019

1 概述

隨著橋梁建設事業的飛速發展，橋梁結構不斷推陳出新，建橋技術也不斷開發新方法，目前，橋梁跨越城市繁華地段河流時，需在滿足行洪條件下快速完成拱橋拱圈施工，同時又要符合經濟、美觀、節能環保、綠色施工等城市橋梁建造要求，這就對當前拱橋建造技術創新提出了新的挑戰和要求[1]。

在拱橋施工過程中，拱圈施工是整座橋梁施工的關鍵部位，其施工質量的好壞將直接影響到橋梁的安全穩定[2]，傳統的拱圈施工采用特制定型鋼拱架作為拱圈支撐，用定型鋼模板或將型鋼提前進行壓彎處理作為拱圈底模背楞[3,4]，但此方法施工困難，需要提前預制成型圓弧大楞，且在本橋施工中每孔拱圈線型各不相同，造成放樣彎曲成型難度大、所需工期長、成品構件運輸及吊裝成本投入大。此外，傳統拱圈澆筑為保證底板密實，一般采用分兩次澆筑，先澆筑底板和腹板，再澆筑頂板，這樣大大增加了施工工期。而拱圈同步對稱澆筑一次成型及預留合龍段、五孔拱圈同步合龍施工技術可很好的解決傳統方法的不足；不僅極大減輕了拱圈施工對基礎產生的不平衡力及有害結構內力問題，而且縮短了施工周期。同時，本橋通過采用分層組合式支架設計，既能滿足十年一遇河道行洪需求，又較好的適應拱圈線型。拱圈上部填充采用輕質泡沫混凝土創新應用，充分滿足填充料的功能需求，保證了結構輕盈、線形美觀，整體安全穩定[5]。

浉河公園步行橋橋跨布置如圖1所示。橋梁設計荷載：4KN/㎡。橋跨布置：（30.56+3×34.8+30.62）m五孔連續拱橋結構。下部采用端承樁，矩形承臺基礎，上部采用圓弧箱形拱，跨徑30.56m～34.8m，拱寬7m，拱軸線半徑18.944m～21.147m，拱圈梁高0.8m和1.0m，橋墩主拱圈拱腳正上方布置腹拱圈。腹拱圈有4個，均位于橋墩上主拱圈拱腳正上方，長度為7m，高度為4.13m，拱上側墻分布于整個橋跨方向的兩側，系梁是連接兩側拱上側墻的連接系，系梁長度與兩側側墻厚度之和長7m，寬為0.29m和0.5m兩種，高均為0.5m。拱上主要填料采用泡沫混凝土填充。

圖1 浉河公園步行橋跨布置示意圖（單位：m）

2 工藝原理

拱圈支架設計采用分層式組合支架，下層梁式支架+上層滿堂支架。下部結構施工完成后，進行支架搭設施工，分步對梁式支架和滿堂支架進行預壓，調整拱圈預拱度，消除非彈性變形。拱圈模板通過改變背楞擺放方向，將大楞橫橋向擺放，小楞縱橋向擺放，使得能更好的形成圓弧面；拱圈由兩端向中間對稱進行澆筑，通過在拱頂設置拱圈后澆合龍段消除拱圈混凝土收縮徐變應力，五孔拱圈先澆段完成后一次性進行全部合龍段混凝土澆筑。拱圈上部采用輕質泡沫混凝土填充，減輕拱圈受結構自重，填充完成后五孔拱圈同步對稱完成支架卸落拆除。

3 關鍵施工技術

3.1 組合式支架設計及施工技術

根據《信陽市浉河公園步行橋工程防洪評價報告》和浉河近年水文氣象資料可知，浉河汛期為5～9月，十年一遇區間洪水流量為252m3/s。根據《跨浉河步行橋工程地質勘察報告》可知，橋址區上覆人工填土層1.5m，礫砂層4.9m，泥質粉砂巖11m。

按照十年一遇流量的行洪和支架承載力要求，拱圈支架設計設防水位+71.5m，支架下部采用φ630×10mm鋼管樁基礎設計，入土深度不小于8m，貝雷梁作為縱梁，貝雷梁梁端與拱座之間均抄墊密實。支架上部采用碗扣式滿堂支架設計以適用拱圈線形，橫橋向每步設置φ48×3.5mm斜撐桿（非剪刀撐）抵抗拱圈澆筑產生的水平力，增強碗扣支架整體穩定性。同時在拱圈1/4處設置抗水平抗推力加強橫桿（圖2）。拱腳位置由于支架無法搭設，采用楔形桁架結構作為支撐體系。

圖2 組合式支架示意圖

3.2 組合式底模方木背楞快速施工技術

拱圈底模、內模、側模、端模及扣壓模板均采用厚15mm竹膠板制作。原設計采用預制工12.6型鋼作為底模大楞，縱橋向布置，間距與支架步距相同；用5cm×10cm方木作為底模小楞，橫橋向均勻布置，間距為20cm（圖3）。考慮到大楞制作彎曲難度大、運輸吊裝困難、所需工期較長，經過論證分析，將底模下方大楞采用10cm×10cm方木，間距與滿堂支架相同，橫橋向布置；小楞采用5cm×10cm雙層方木，間距為20cm，沿橋軸線縱橋向布置，方木間空隙用楔形木塊加固（圖4）。拱圈頂部扣壓模板背帶采用2φ48×3.5mm（采用蝴蝶扣和16鋼筋拉桿連接），水平方向按60cm一道布置；對拉桿縱、橫橋向間距均為60cm。

圖3 原設計底模背楞示意圖

圖4 改進后底模背楞示意圖

3.3 兩側對稱澆筑一次成型施工技術

拱圈混凝土澆筑順序如下。首先安裝拱圈底、腹板鋼筋及預制的箱型內模；然后安裝頂板鋼筋，設置扣壓模板；在拱圈頂部設置1m后澆合龍段，采用布置于施工棧橋上汽車泵進行拱圈混凝土先澆段澆筑，總體澆筑順序為從邊跨向中跨對稱澆筑，單跨拱圈混凝土從拱腳向拱頂進行底板、腹板、頂板澆筑；待全部先澆段拱圈混凝土達到設計強度后，拆除側模與扣壓模板，對合龍口進行鑿毛沖洗，綁扎合龍段橫向主筋、箍筋，安裝側模，五孔合龍段同步澆筑C50微膨脹混凝土完成拱圈合龍。

為保證澆筑質量和澆筑速率，本施工通過將每個箱室分節段固定預留振搗斷縫，箱室之間用PVC管進行連通，在頂底板上預留振搗孔兼做觀察孔，保證了底板振搗密實，同時在澆筑時安排專人在底板模板外輔助敲擊底模板判斷底板是否振搗密實，保證了澆筑成型拱圈底板無蜂窩、麻面、露筋等質量問題。

3.4 拱圈上部填充新型泡沫混凝土施工技術

步行橋最初設計拱圈上填料采用粉煤灰蒸養磚，雖然粉煤灰蒸養磚密度達14KN/m3，但全部填充材料重達4200t，自重大，抗滲性差[6]，與拱圈線型適應性差；經調查研究后，本施工通過采用輕質泡沫混凝土作為填料，泡沫混凝土材料具有密度小、質量輕，低彈抗震的特點，對結構具有很好的軟墊特性[7]，滿足原設計目的。且施工中該混凝土具有自流平、填充自密實的特性，無須振搗碾壓，施工便捷高效[8]。

待側墻、系梁、腹拱圈施工完成后，按30cm水平分層高度從拱腳到拱頂、從邊跨到中跨對稱澆筑泡沫混凝土。采用現場機械拌制，輸送泵輸送，在白天無雨情況下進行現澆泡沫混凝土施工。泡沫混凝土澆筑時嚴禁振搗，澆筑過程中對泡沫混凝土溫度進行監控，并合理采取降溫措施，防止溫度過高。泡沫混凝土澆筑結束后的12h內對泡沫混凝土進行覆蓋并做保濕養護，養護時間不得少于14d。保濕養護應能保持泡沫混凝土處于濕潤狀態，早期養護期間應防止失水和過量水浸泡。

4 質量控制措施

（1）支架按設計預拱度搭設完畢后按方案要求進行預壓，以消除支架的非彈性變形，預壓前在拱圈的拱腳、1/8、1/4及拱頂各布設7個觀測點，確保支架受荷載后數據的對比分析。

（2）澆筑時安排專人觀察振搗密實情況，澆筑完成后對振搗口及時封閉，防止漏漿，底模安排專人敲擊觀察是否密實?；炷恋乃涠纫丝刂圃?00±20mm；拱腳位置在鋪設底模時需預留清理雜物的清理口，便于底板的沖洗與清理。

（3）兩側同步對稱澆筑前，檢查方木間楔形塊是否有遺漏、壓倉板模板加固是否牢靠，以防止在澆筑過程中發生脹模；鋼筋焊接及機械連接按照規范要求施工。

（4）泡沫混凝土施工中嚴格按照試驗室提供配合比進行拌制，澆筑時嚴格控制澆筑厚度，防止澆筑過厚發生塌陷；在澆筑完成后未達到設計要求的強度之前嚴禁人員在混凝土面踩踏。

（5）下部支架基礎和支架布置嚴格按照設計要求施工，減少澆筑時因基礎不均勻沉降引起模板變形；同時在上部碗扣支架頂部、中間、底部均按設計要求布置水平剪刀撐，在拱圈1/4處設置水平加強桿，確保架體整體穩定性。

5 經濟效益對比

通過對單個拱圈（拱圈1）施工時方案改進前后所產生的工期，人員、材料、機械費用進行調查統計與計算分析得到如圖5所示結果，從圖中可以看出改進后支架、模板、澆筑和拱圈填充階段施工工期均大幅減少，其中拱圈填充階段工期縮短最多，四個階段合計節省工期約33天。與此同時，成本投入也明顯下降，其中四個階段的加工及制作人工投入費從10.9萬元下降到3.32萬元，節約成本7.58萬元；生產施工投入機械費從9.76萬元下降到4.08萬元，節約成本5.68萬元；但材料租賃/購置費卻從26.54萬元增加到32.05萬元，增幅為5.52萬元，這主要是因為拱圈填充階段泡沫混凝土購置費高于粉煤灰蒸養磚購置費造成的。然而綜合來看，整體成本下降了7.74萬元，成本投入明顯下降。考慮到整個橋梁施工節省工期約120天，那么成本投入節約達40.0萬元。從以上分析可以看出改進后快速施工方案具有明顯的經濟效益。

圖5 施工方案優化數據分析對比圖（單個拱圈）

6 結論

本研究通過對拱圈施工相關工序及投入材料的優化改進；對與拱圈相關聯的實體材料替換，使得在整個拱圈施工中工期得到明顯節約，同時成本投入也大大減少。具體改進為：

（1）分層組合式支架設計，既滿足十年一遇河道行洪需求，又縮短了施工工期；節省了材料投入，避免了材料浪費。

（2）組合方木背楞施工技術，搭設簡便，施工快捷、可在施工時依據不同跨徑、不同線型的拱圈進行壓彎制作，為曲面模板快速安裝施工提供了新的施工參考和依據。

（3）兩側對稱澆筑一次成型施工，在保證拱圈受自身結構內力穩定的前提下，實現了小箱室型拱圈無外觀質量問題一次澆筑成型的突破。

（4）采用輕質泡沫混凝土整體分層拱上填充施工，國內采用此填充施工尚屬首例。該技術的成功運用，保證了安全、優質、高效地完成五孔拱圈上部填充施工。

通過以上改進的施工方法，使得步行橋建設符合經濟、美觀、節能、環保、綠色、快速施工的建造要求，也為同類型行洪條件下橋梁施工提供了施工依據，具有可推廣性。